瀝青與集料粘附性評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究

瀝青與集料粘附性評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究2016-12-29

【摘要】現(xiàn)行評(píng)價(jià)集料與瀝青粘附性好壞的水煮法主觀性大，導(dǎo)致產(chǎn)生的誤差大。采用4種試驗(yàn)方法分別對(duì)石灰?guī)r、砂巖、花崗巖和玄武巖與瀝青的粘附性進(jìn)行試驗(yàn)，比較每種試驗(yàn)方法測(cè)得瀝青剝落率的大小。試驗(yàn)表明，NAT法能較好評(píng)價(jià)瀝青與集料的粘附性。

【關(guān)鍵詞】瀝青；集料；粘附性；剝落率

自20世紀(jì)30年代以來(lái)，世界各國(guó)的道路工作者對(duì)瀝青與集料的粘附性問題逐漸開始重視，并進(jìn)行大量研究，提出很多理論來(lái)闡述瀝青路面的水損害原因。這些理論認(rèn)為，瀝青混合料的水損害主要是水浸入瀝青混合料的集料與瀝青膜之間而產(chǎn)生兩方面的破壞作用：（1）減少瀝青對(duì)礦料的粘附力；（2）破壞瀝青混合料相互之間的粘結(jié)力。影響集料與瀝青粘附性的因素主要有瀝青與集料的表面張力、瀝青與集料的化學(xué)組成、瀝青的粘度、集料表面紋理、多孔性和清潔度。瀝青與集料的粘附性不好致使瀝青混合料的抗水損害能力降低。

目前，瀝青路面水損害是瀝青路面最常見的破壞現(xiàn)象之一。因此，集料與瀝青的粘附性試驗(yàn)非常重要，在粘附性不好的情況下應(yīng)采用添加抗剝落劑的方法來(lái)盡量提高集料與瀝青的粘附性。而現(xiàn)行試驗(yàn)方法中，基本上都采用水煮法來(lái)評(píng)價(jià)瀝青與集料的粘附性。但是人們都認(rèn)為水煮法的判斷主觀性大，導(dǎo)致誤差大。筆者分別用水煮法、重量法、光電比色法和NAT試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定瀝青與集料的粘附性，并對(duì)每種試驗(yàn)方法就同一瀝青應(yīng)用于同一集料上的剝落率進(jìn)行比較。

1瀝青與集料的粘附和剝落理論

粘附是指一種物體與另一種物體粘結(jié)時(shí)的物理作用。瀝青與集料的粘附性機(jī)理主要用5種理論來(lái)解釋[1]：（1）力學(xué)理論。集料表面通常是粗糙且多孔，從微觀角度看集料表面高低不平。這種粗糙增加了骨料的表面積，使瀝青與集料的粘合面積增加，提高了兩者之間的粘結(jié)力。（2）化學(xué)反應(yīng)理論。眾所周知，堿性石料與瀝青的粘附性好，酸性石料與瀝青的粘附性不好，遇水極易剝落。這是因?yàn)闉r青中的酸性成分與集料表面堿性活性成分發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。（3）分子定向理論。該理論認(rèn)為，瀝青與集料之間的粘附性是由于瀝青中的表面活性物質(zhì)對(duì)集料表面的定向吸附而成的。（4）表面能理論。通常應(yīng)用經(jīng)典的潤(rùn)濕論來(lái)解析瀝青膜在石料表面的鋪展或?yàn)樗脫Q而剝落的過程。（5）表面構(gòu)造理論。該理論從集料表面構(gòu)造闡述了瀝青―集料之間的粘附機(jī)理。在瀝青與集料的粘附過程中還存在更多的粘附-剝落機(jī)理和物理及化學(xué)平衡。

2試驗(yàn)方法

2.1水煮法

我國(guó)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ016-1993）規(guī)定[2]的水煮法是選用潔凈干燥的9.5～13.2mm等粒徑粗集料，浸入熱瀝青裹覆45s后取出冷卻15min，冷卻后浸入微沸的蒸餾水中煮沸3min，然后觀察瀝青在集料表面剝離的狀態(tài)，以此來(lái)評(píng)價(jià)瀝青與集料的粘附性。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以快速確定瀝青與集料的粘附性，但缺點(diǎn)亦顯著，即缺乏定量指標(biāo)，評(píng)定等級(jí)受人為因素影響較大，往往因人而異。

2.2重量法

本試驗(yàn)以《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ016-1993）中瀝青與粗集料的粘附性試驗(yàn)方法為基礎(chǔ)，主要試驗(yàn)步驟為：將5個(gè)形狀規(guī)則的集料洗凈，干燥，編號(hào)并稱重G0；將瀝青升溫到165℃，把準(zhǔn)備好的集料放在瀝青中，45s后輕輕取出，在室溫下冷卻15min，稱重G1；然后放入微沸的水中煮3min后，在室溫下干燥24h，稱重G2。瀝青剝落率Rd為：

2.3光電比色法

光電比色法[3]是基于在瀝青-水-集料的體系中，水對(duì)瀝青的置換作用而使瀝青自集料表面產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，而應(yīng)用染料作示蹤作用，當(dāng)染料跟隨水進(jìn)入瀝青與集料的界面時(shí)，就會(huì)吸附于集料的表面。集料表面的染料吸附量隨時(shí)間而增加，而溶液中的染料濃度越來(lái)越小，直至達(dá)到吸附平衡。

2.4NAT法

該試驗(yàn)方法源自美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃（SHRP）瀝青研究項(xiàng)目[4]。它是基于集料表面對(duì)瀝青有吸附作用，以及遇水后對(duì)瀝青膜的置換作用，將一定粒級(jí)的集料放在瀝青-甲苯溶液中一段時(shí)間進(jìn)行循環(huán)回流，則會(huì)有一部分瀝青被吸附到集料表面。之后，向?yàn)r青-甲苯溶液中加入一定量的水，讓水對(duì)吸附在集料表面的瀝青進(jìn)行置換。這一系列的過程會(huì)使瀝青-甲苯溶液中瀝青的濃度發(fā)生改變。利用光電分光光度計(jì)測(cè)定溶液的吸光度，可計(jì)算出集料對(duì)瀝青的吸附量及加水后瀝青的剝落量，還可計(jì)算出自集料表面剝落的瀝青剝落率或吸附率。

吸附量：

凈吸附值：

剝落百分比：

式中，V為試驗(yàn)用的瀝青-甲苯溶液體積，L；C0為瀝青-甲苯溶液中瀝青的初始濃度，g/L；A0為瀝青-甲苯溶液的初始吸光度值；A1為加水前瀝青-甲苯溶液的吸光度值；A2為剝落后瀝青-甲苯溶液的吸光度值。

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

選用石灰?guī)r、玄武巖、砂巖和花崗巖作為試驗(yàn)集料，瀝青選用SK70#基質(zhì)瀝青，分別用以上4種方法進(jìn)行粘附性試驗(yàn)。重量法、光電比色法和NAT法試驗(yàn)得出的瀝青剝落率見表1。從表1數(shù)據(jù)可以看出：用這3種試驗(yàn)方法得到的瀝青與集料的剝落率，除花崗巖試驗(yàn)結(jié)果差異較大外，砂巖、石灰?guī)r和玄武巖的差異都不大。用水煮法測(cè)得的粘附性等級(jí)與其它試驗(yàn)方法所得剝落率的百分率對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。由剝落率與粘附性等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得出的幾種試驗(yàn)方法的粘附等級(jí)見表3。

表1不同集料表面瀝青剝落率試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)方法

砂巖

石灰?guī)r

花崗巖

玄武巖

重量法

11.35

8.55

50.73

21.57

光電比色法

13.48

12.35

73.62

24.88

NAT法

10.36

9.55

72.67

16.90

表2粘附等級(jí)與剝落率的對(duì)照關(guān)系

試驗(yàn)方法不同等級(jí)下的剝落率/%

5

4

3

2

1

水煮法0-1515-3535-5555-7575-100

表3粘附等級(jí)對(duì)比

試驗(yàn)方法

砂巖

石灰?guī)r

花崗巖

玄武巖

水煮法

5

5

2

4

重量法

5

5

3

4

光電比色法

5

5

1

4

NAT法

5

5

2

4

對(duì)照表1和表3，用4種試驗(yàn)方法得到的砂巖、石灰?guī)r和玄武巖的粘附等級(jí)都一樣，但3種集料瀝青剝落率卻不相同?，F(xiàn)行的水煮法雖然不能精確評(píng)價(jià)集料與瀝青的粘附性，但在確定粘附等級(jí)上還是正確的，因此一直得到廣泛應(yīng)用；重量法和光電比色法可能產(chǎn)生的誤差較大。因此，在評(píng)價(jià)集料與瀝青粘附性時(shí)，條件允許情況下最好選擇精度較高的試驗(yàn)方法。

4結(jié)論

（1）水煮法簡(jiǎn)單，易操作，時(shí)間短，瀝青剝落情況明顯，但整個(gè)試驗(yàn)過程中人的主觀性大，產(chǎn)生的誤差大，不能定量分析瀝青剝落率。

（2）重量法也比較簡(jiǎn)單，也能定量分析瀝青剝落率，但在裹覆瀝青和水煮時(shí)容易產(chǎn)生誤差。若要較精